砷化鎵納米線——獲取太陽能的新利器

    鋰電世界  人類一直在思考怎樣才能更好地低成本利用太陽能這個問題。為了尋找答案，LSMC實驗室的AnnaFontcuberta和她的研究小組正在尋找一種全新的方法制造太陽能電池。AnnaFontcuberta的研究著重于制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)新方法的工程學(xué)方面，主要利用的是納米技術(shù)。

    半導(dǎo)體技術(shù)的全方位發(fā)展，物理性能方面的挖掘，使得半導(dǎo)體與生活息息相關(guān)。微波爐、汽車電子、DVD播放機(jī)、計算機(jī)等等，正在影響并將改變我們的生活。

    LSMC的工作主要在納米線的幾何結(jié)構(gòu)方面。這些針狀的晶體（納米線）直徑在20到100納米之間，長度在幾個微米的量級。研究的目的是提升這些材料本身的性能，從而加深對材料性質(zhì)的了解并加以運(yùn)用，開發(fā)出新的制備方法。在所有的應(yīng)用之中最值得關(guān)注的就是納米線在太陽能電池上的運(yùn)用。全世界都在熱捧綠色能源的大形勢下，納米線太陽能電池具有很好的社會價值以及大規(guī)模運(yùn)用的前景。Fontcuberta教授說："我們研究的納米線電池是基于砷化鎵的，砷化鎵是一種具有非常理想的光電轉(zhuǎn)換性能的半導(dǎo)體材料。"

    最早的砷化鎵運(yùn)用是1990年衛(wèi)星上的太陽能電池，以及后來火星探測機(jī)器人上的供電裝置。在LMSC，砷和鎵原子被重新排列加工，這些原子自組織起來形成線狀，這區(qū)別于自然環(huán)境下交織起來形成層狀。這種新穎的三維幾何結(jié)構(gòu)比平面結(jié)構(gòu)可以更加好的吸收太陽光，這種吸收效率和硅相似，但是耗費(fèi)的材料更少。每一個垂直的納米線都是一個獨立的器件并且可以產(chǎn)生電流。結(jié)合小尺度的納米線以及根本上發(fā)生變化變化的三維幾何結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的太陽能電池相比極大地降低了每瓦的成本。

    為了進(jìn)一步地增加對光線的吸收，F(xiàn)ontcuberta教授及其研究組正在優(yōu)化這一方案。例如：砷化鎵納米線與其它的納米尺度的材料相結(jié)合，在橫向和縱向兩個方向上進(jìn)行。其中一個例子是使用砷化銦量子點植于納米線上產(chǎn)生類似催化的作用，從而增進(jìn)光線的吸收效率。納米線太陽能電池是第三代電池的典型代表，這不僅僅是因為它的尺寸小和多用途，更主要的原因在于可以極大地降低成本。Fontcuberta說："盡管現(xiàn)在研究已經(jīng)取得了非常不錯的成績，大規(guī)模的商業(yè)使用納米線電池至少還要近10年的時間，但這是LMSC努力的目標(biāo)。"